ユーザー管理のカーネルと引数バッファーの設定 - 2021.1 Japanese

ユーザー管理のカーネルでは、ホスト アプリケーションに XRT ネイティブ API を使用する必要があり、xrt::ip クラスの IP オブジェクトとして指定されます。次に、ホスト アプリケーションの構造を設定して、.xclbin ファイルからユーザー管理のカーネルにアクセスする方法の概要を示します。

1. XRT ネイティブ API を含めるには、次のヘッダー ファイルを追加します。

   #include "experimental/xrt_ip.h"
   #include "xrt/xrt_bo.h"
   

   • experimental/xrt_ip.h: IP を xrt::ip のオブジェクトとして定義します。
   • xrt/xrt_bo.h: XRT ネイティブ API でバッファー オブジェクトを作成できるようにします。
2. デバイス ID の指定と XCLBIN のロード の説明に従って、アプリケーション環境を設定します。
3. IP オブジェクト (xrt::ip) は、xrt::device オブジェクト、.xclbin の uuid、およびユーザー管理のカーネルの name から構成されます。xrt::ip は xrt::kernel 標準とは異なり、XRT では IP を管理しないが、レジスタへのアクセスを提供することを示します。

   //User Managed Kernel = IP
   auto ip = xrt::ip(device, uuid, "Vadd_A_B");

4. IP 引数のバッファーを作成します。

   auto <buf_name> = xrt::bo(<device>,<DATA_SIZE>,<flag>,<bank_id>);

   バッファー オブジェクト コンストラクターが使用するフィールドは次のとおりです。

   • <device>: アクセラレータ カードの xrt::device オブジェクト。
   • <DATA_SIZE>: データの幅と量によって定義されるバッファーのサイズ。
   • <flag>: バッファー オブジェクトを作成するためのフラグ。
   • <bank_id>: IP アクセス用にバッファーを割り当てるデバイス上のメモリ バンクを定義します。指定したメモリ バンクは、.xclbin ファイル内の対応する IP ポートの接続と一致する必要があります。一致しないと、アプリケーションの実行時に bad_alloc になります。カーネル ポートのメモリへのマップ で説明されるように、--connectivity.sp コマンドを使用すると、カーネル引数の割り当てを指定できます。

   次に例を示します。

   auto buf_in_a = xrt::bo(device,DATA_SIZE,xrt::bo::flags::normal,0);
   auto buf_in_b = xrt::bo(device,DATA_SIZE,xrt::bo::flags::normal,0);
   

   ヒント: IP 接続を検証して特定のメモリバンクを判別することもできるほか、Vitis で生成された .xclbin.info ファイルからこの情報を取得することもできます。

   たとえば、.xclbin からのユーザー管理のカーネルの次の情報を使用すると、ホスト コード内のバッファー オブジェクトの構築がガイドされます。

   Instance:        Vadd_A_B_1
      Base Address: 0x1c00000
   
      Argument:          scalar00
      Register Offset:   0x10
      Port:              s_axi_control
      Memory:            <not applicable>
   
      Argument:          A
      Register Offset:   0x18
      Port:              m00_axi
      Memory:            bank0 (MEM_DDR4)
   
      Argument:          B
      Register Offset:   0x24
      Port:              m01_axi
      Memory:            bank0 (MEM_DDR4)
   

5. ホストとデバイス間でデータを転送します。

       auto a_data = buf_in_a.map<int*>();
       auto b_data = buf_in_b.map<int*>();
   
       // Sync Buffers
       buf_in_a.sync(XCL_BO_SYNC_BO_TO_DEVICE);
       buf_in_b.sync(XCL_BO_SYNC_BO_TO_DEVICE);
   

   xrt::bo::map() は、ホスト側のバッファー バッキング ポインターをユーザー ポインターにマップできるようにします。ただし、マップされたポインターから読み出す前、またはマップされたポインターに書き込んだ後は、DMA 動作の方向フラグを含めて xrt::bo::sync() を使用する必要があります。

6. バッファーを準備した後 (バッファーの作成、同期は上記を参照) は、必要なすべての情報をダイレクト レジスタ書き込みを使用して IP に渡すことができるようになります。たとえば、次のコードは、xrt::ip::write_register() コマンドを介してバッファーのベース アドレスを渡す情報を示しています。

   そのあと、データをレジスタに書き込み、ホスト アプリケーションからカーネルに移動しています。

       ip.write_register(REG_OFFSET_A,a_addr);
       ip.write_register(REG_OFFSET_A+4,a_addr>>32);
   
       ip.write_register(REG_OFFSET_B,b_addr);
       ip.write_register(REG_OFFSET_B+4,b_addr>>32);
   

7. IP 実行を開始します。IP はユーザー管理であるため、任意の数のレジスタ書き込み/読み出しを使用すると、IP の開始/ステータス チェック/再開をして、IP の実行をトリガーできます。次の例では、s_axilite インターフェイスを使用して制御レジスタの制御信号にアクセスします。

       uint32_t axi_ctrl = 0;
       std::cout << "INFO:IP Start" << std::endl;
       axi_ctrl = IP_START;
       ip.write_register(CSR_OFFSET, axi_ctrl);
   
       // Wait until the IP is DONE 
       axi_ctrl =0;
       while((axi_ctrl & IP_IDLE) != IP_IDLE) {
           axi_ctrl = ip.read_register(CSR_OFFSET);
       }
    

8. IP の実行が終了したら、バッファー転送方向を指示する適切なフラグを指定し、xrt::bo::sync コマンドでデータをホストに転送できます。

       buf_in_b.sync(XCL_BO_SYNC_BO_FROM_DEVICE);
   

9. オプションで、アプリケーションをプロファイルします。

   XRT ではカーネルの開始または停止を管理しないため、user_managed カーネルの動作は XRT で管理されるカーネルのように直接プロファイルできません。ただし、ホスト アプリケーションのカスタム プロファイリング で説明した user_range オブジェクトと user_event オブジェクトを使用すると、ホスト アプリケーションの要素をプロファイルできます。たとえば、次のコードはホスト アプリケーションからレジスタを書き込むのにかかる時間を取得します。

       // Write Registers
       range.start("Phase 4a", "Write A Register");
       ip.write_register(REG_OFFSET_A,a_addr);
       ip.write_register(REG_OFFSET_A+4,a_addr>>32);
       range.end();
       range.start("Phase 4b", "Write B Register");
       ip.write_register(REG_OFFSET_B,b_addr);
       ip.write_register(REG_OFFSET_B+4,b_addr>>32);
       range.end()

   次の図に示すように、アプリケーションとカーネルの動作のいくつかの側面は Vitis アナライザーで観察できます。